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周怀宇、易冉:青年设计师与人工智能的灵感碰撞

2020年国务院政府工作报告》指出,要提高科技创新支撑能力,稳定支持基础研究和应用基础研究。大众创业、万众创新双创让年轻人有了更多上升通道,青年应在创新创业中担当作为。

全国人大代表、清华大学校长、中国科学院院士邱勇也在接受记者采访时表示,年轻人代表了社会的希望,年轻人的表现决定了我们的未来。他们有朝气、很勇敢、敢于尝试,中国的希望在他们身上。

20198月,一个普通的盛夏午后,周怀宇打开冰箱,拿出了一瓶饮料。他一边打开瓶盖,一边在电脑前坐下来,开始了新一天的数据采集工作。

周怀宇是清华大学建筑学院景观学系的博士生,主要的研究方向是智能设计、物联网在线监测与景观绩效评估。工作时,和热衷咖啡的很多人不同,他更喜欢喝可乐,要零度的。每当二氧化碳释放,绵密的气泡在口腔中迸发,虽然无法冲淡酷夏的燥热,但也会在空气中漫出一缕清凉的味道。

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周怀宇

除了景观学系博士的身份,周怀宇出于对人工智能领域的浓厚兴趣,还是清华大学基础工业训练中心(以下简称iCenter)智慧海绵城市实验室成员,以及iCenter人工智能辅修课智慧城市组的助教。当他看到清华大学的黄蔚欣老师和宾大的郑豪学长利用Pix2PixHD训练公寓平面识别并生成户型,以及利用Stanislas Chaillou训练建筑户型图生成复杂的建筑平面时,便联想到是否可以将类似的技术迁移到景观平面领域中,同时尝试更多的模型。

当这个想法萌生以后,周怀宇立即采取了行动。国内外设计事务所以及各大设计竞赛的获奖作品,都是周怀宇捕捉的对象。为了让计算机能够更准确高效地学习,他需要找到合适的风景园林平面图作品,将其中的用地性质布局用图示准确表达出来,在保留整体形态的同时,对部分参数进行微调,以获得数据增强后的布局方案,让计算机加强对相似形态的学习。可以说,数据集的建立是这个项目中最关键的环节。

在数据收集阶段持续了三个多月后,漫长的夏季过去,转眼已是深秋。11月中旬的清华宿舍,暖气已开始烧得火热。

2725张风景园林平面布局方案,325张风景园林渲染图的数据集,周怀宇终于将这些以聚沙成塔方式获得的数据集交给了自己的合作伙伴易冉。

易冉是清华大学计算机系的博士生,也是清华大学计算机图形学实验室成员,研究方向为计算机视觉与计算机图形学。她同时还是清华大学计算机图形学基础助教,曾在TPAMITOGCVPRICCVSIGGRAPH Asia等计算机视觉和图形学顶级期刊或会议上发表过学术代表作,并且获得中国计算机学会计算机视觉专委会学术新锐奖和微软学者的提名。易冉和周怀宇在各自领域都是出色的青年学者,二人跨学科合作,让项目的推进愈发顺利。

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易冉

易冉先后尝试了4种可能实现的模型,并在实验结果中终于找出了效果最好的一种。她对数据集进行了人工智能训练,让人工智能手段能够依据设计的输入实现自动化的平面布局及渲染。

尽管周怀宇已在《中国园林》、《水资源保护》和《风景园林》等多种中文核心期刊发表过学术代表作,也曾获得过2019年美国风景园林师协会(ASLA)学生研究类杰出奖,但这位年轻的博士在看到人工智能渲染出结果的那一刻,还是难掩兴奋。我第一时间就喊工作室的朋友来看,他们也说,比起以往别人研究给出的结果,我们做出来的效果在美学上表现得更好。回想起第一次看到渲染图的场景,周怀宇的眼中还是会溢出喜悦。

周怀宇和易冉的研究主要采用生成对抗网络Pix2PixHDBiCycleGAN模型。该研究首次建立了具有专业性的风景园林平面图数据集,重点实现了两项功能:风景园林平面图用地性质布局,以及从色块图到艺术渲染图的一键生成

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深度学习模型生成风景园林平面布局

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深度学习模型渲染风景园林平面图

设计师能够在人工智能提供的方案中得到设计形态灵感,还可以节省出图时间,在和甲方沟通的过程中,可以更清晰更高效地表达自己的设计理念。周怀宇这样描述自己的研究。

人工智能时代,基于设计信息的机器学习研究使得人工智能辅助设计成为可能,深度学习方法在提供设计图像方面已展现出极大的应用潜力。回顾起整个研究的进程,即使是耗时最长的数据收集环节,周怀宇也不会用困难枯燥等词语来形容,只是觉得可行,就做了。执行力强,勇于尝试,用积极的心态将所学与所用相结合,不仅是这位青年设计师身上最显著的特质,也是众多现代青年学子的最大优势。

在众多设计图像中,平面图是风景园林师展现设计概念、进行方案沟通的主要载体。平面图的规范表达及高质量渲染在设计呈现时至关重要,而在计算机视觉领域,基于深度学习的图像生成研究已较为成熟,也使得根据设计师需求生成平面图片成为可能。

人工智能辅助设计手段能有效提升设计效率,青年设计师也正在积极掌握新技术手段。目前我们的论文还没有正式发表,模型还在demo阶段,但是我们已经做了4次调查问卷,总计两千多人次参加了测评,风景园林师们对我们结果的认可度还是很高的。周怀宇对此颇感欣慰。

提起青年设计师的未来,周怀宇也有自己的畅想:目前设计师主要是被动地接收已有的软件工具,我们希望设计师从自己的专业和兴趣出发,去开发新的工具,积少成多,设计师的竞争力就会得到提升。相信在不远的未来,青年设计师们将与人工智能一起,在灵感的碰撞中,攻克更多、更复杂的设计任务。

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